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KR101498410B1 - Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies - Google Patents

Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies Download PDF

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KR101498410B1
KR101498410B1 KR1020137024091A KR20137024091A KR101498410B1 KR 101498410 B1 KR101498410 B1 KR 101498410B1 KR 1020137024091 A KR1020137024091 A KR 1020137024091A KR 20137024091 A KR20137024091 A KR 20137024091A KR 101498410 B1 KR101498410 B1 KR 101498410B1
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히로유키 미야자키
히데키 키타
미키노리 호리타
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미쓰이금속광업주식회사
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Abstract

알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체이다. 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어진 형성되는 알루미나 접합체로 형성되어 있다.And the alumina sintered bodies are bonded via the joints. Wherein the joint portion is made of alumina having a thickness of 30 占 퐉 or more and has a coarse independent pore having a hole diameter in the thickness direction of 40 to 100% of the thickness of the joint portion, An alumina bonded body formed of a fine-grained region including fine pores and a dense sintered region having a relative density of 98% or more.

Description

알루미나 접합체 및 알루미나 소결체의 접합방법 {Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for joining an alumina bonded body and an alumina sintered body,

본 발명은 알루미나 소결체들을 접합한 알루미나 접합체 및 알루미나 소결체의 접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 길이 수 m에도 이르는 대형 부재로의 적용이 가능한, 고순도이며 고강도의 요구를 만족할 수 있는 알루미나 접합체 및 이와 같은 알루미나 접합체를 제작하기 위한 알루미나 소결체의 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of joining alumina sintered bodies bonded with alumina sintered bodies and a method of joining alumina sintered bodies, and more particularly, to an alumina joined body capable of being applied to a large member having a length of several meters and satisfying high purity and high strength requirements, To a method of joining an alumina sintered body for manufacturing the same alumina joined body.

최근, 각종 제조 분야에 있어서의 품질과 생산성의 향상을 향해서, 생산 용도로 이용되는 엔지니어링 세라믹스 부재에는, 대형화와 고순도화가 요구되고 있다. 특히 수 m에 이르는 대형 부재의 제작에는, 종래의 일체형의 세라믹스 성형·소성기술로는 대응이 곤란하다. 따라서, 복수의 작은 세라믹스 소결체(블록)를 제작하여 조합시키고, 이들을 접합하는 부분만을 국소적으로 가열함으로써 접합하여 원하는 부재를 제작하는 기술의 개발이 필요하게 되었다. 또, 내열성과 내식성이 요구되는 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 등에서는, 제품으로의 불순물 원소의 혼입이 엄격하게 제한되고 있으며, 이용되는 부재에 대해 고순도의 것이 요구되고 있다. 특히, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른 (rotary kiln)의 구성 부재로서 이용되는 대형의 세라믹스 파이프 (관 부재)에서는, 고순도이며 또한 높은 고온 강도를 갖고, 지름이 최대 30㎝ 정도이며 길이가 최대 5m 정도에도 달하는 대형 제품이 필요하게 되고 있다.Recently, in order to improve quality and productivity in various manufacturing fields, engineering ceramic members used for production are required to be large-sized and high-purity. Particularly, it is difficult to cope with the conventional integrated ceramic molding / firing technique in the production of a large member of several meters. Therefore, it has become necessary to develop a technique for fabricating a desired member by joining a plurality of small ceramics sintered bodies (blocks) by manufacturing and combining them, and locally heating only the portions to be joined. In addition, in semiconductor manufacturing apparatuses and chemical plants requiring heat resistance and corrosion resistance, the incorporation of impurity elements into products is strictly restricted, and a member having a high purity is required for use. Particularly, in a large-sized ceramics pipe (pipe member) used as a constituent member of a rotary kiln used for manufacturing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, it has high purity, high high temperature strength, Cm and a length of up to 5 m.

일반적인 세라믹스 소결체의 접합 방법에는, 산화물 솔더법이나 고융점 금속법 등이 있지만, 이들 접합 방법은, 불순물 원소의 혼입이나 고온 강도의 열화가 일어나기 때문에 상기와 같은 용도에서는 바람직하지 않다. 또, 고상 가압 접착법과 같이, 가열중에 높은 압력을 피접합재에 부하하는 것은, 대형 부재의 제조에서 곤란하고, 이러한 대형 부재 제작의 요구에 응할 수 없다.Conventional methods of joining ceramics sintered bodies include an oxide solder method and a high-melting-point metal method. However, these joining methods are not preferable for the above-mentioned applications because of incorporation of impurity elements and deterioration of high-temperature strength. In addition, it is difficult to apply a high pressure to the material to be bonded during heating, as in the case of the solid-phase pressure bonding method, and it is difficult to manufacture a large-sized member.

이에 대해, 세라믹스 소결체들을 무가압으로 접합하고, 얻어진 접합체가 고순도를 유지할 수 있는 접합 방법으로서 상기 세라믹스 소결체와 동일 조성인 세라믹스 입자를 순수한 물에 분산시킨 슬러리를 이용하여 접착하고, 소성하여 접합하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).On the contrary, as a joining method in which ceramics sintered bodies are bonded without pressurization and the resulting bonded body can maintain high purity, a technique of bonding and fusing ceramics particles having the same composition as that of the ceramics sintered body using a slurry in which pure water is dispersed (See Patent Document 1).

그러나 상기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 접합 방법에서는, 접합 강도가 100㎫ 미만으로 접합 강도가 충분하지 않다는 문제에 더하여 접합층의 두께가 0.5㎛로 매우 얇기 때문에 대형 부재의 접합에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다. 왜냐하면, 대형 부재 제작을 위해서 접합에 이용하는 세라믹스 소결체(블록)의 피접합면은, 예를 들면, 관 모양 소결체의 경우에는 지름이 수 10㎝ 이상으로 크기 때문에 단면의 평탄도를 1㎛ 이하로 하는 것은 일반적으로 곤란하고, 상기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 접합 방법에 필요하다고 생각되는 최대 0.1㎛ 정도의 평탄도에 피접합면을 완성시키는 데는, 다대한 제조 비용이 들어 실용적이지 않기 때문이다. 이와 같이, 큰 세라믹스 소결체의 단면을 연삭가공에 의해 고정밀도로 완성하는 것은 제조비용 관점에서 바람직하지 않기 때문에, 피접합면의 요철이 수 10㎛이어도 허용할 수 있는 접합 방법이 요구된다.However, in the bonding method described in Patent Document 1, in addition to the problem that the bonding strength is less than 100 MPa and the bonding strength is insufficient, the thickness of the bonding layer is as small as 0.5 탆 and it is not applicable to bonding of a large member . This is because the surface to be bonded of the ceramics sintered body (block) used for joining for manufacturing a large-sized member is, for example, larger than several tens of centimeters in diameter in the case of a tubular sintered body, This is because it is generally difficult to complete the bonded surface at a flatness of about 0.1 탆 at maximum, which is considered to be necessary for the bonding method described in the above-mentioned Patent Document 1. This is because the manufacturing cost is too high to be practical. In this way, it is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost to finish the section of the large ceramics sintered body with high precision by grinding. Therefore, a bonding method which can tolerate even the irregularities of the surface to be bonded of several tens of micrometers is required.

이 외의 접합 방법으로서는, 베타 알루미나 관과 세라믹스 관과의 접합에서, 알루미나 슬러리를 인서트재로서 피접합면에 약 0.2㎜의 두께로 도포하고, 양관을 당접하여 건조한 후, 마이크로파 가열에 의해 접합재를 얻는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).As another joining method, in the joining of the beta alumina tube and the ceramics tube, an alumina slurry is applied as an insert material to the surface to be bonded to a thickness of about 0.2 mm, the both tubes are brought into contact with each other and dried, and then the joining material is obtained by microwave heating (See Patent Document 2).

그러나 상기 특허 문헌 2에 기재되어 있는 접합 방법은, 마이크로파의 흡수가 큰 베타 알루미나에 응용이 한정되는 특수한 수법이다. 구조용 세라믹스로서 일반적으로 이용되고 있는 것은 알파 알루미나이며, 그 마이크로파의 흡수는 매우 작기 때문에 마이크로파에 의한 가열이 일반적으로 곤란하다. 마이크로파에 의한 가열을 원한다면 마이크로파를 잘 흡수하는 불순물을 첨가할 필요가 있지만, 그 경우는, 알루미나 접합 부재가 고순도가 아니게 되어 버린다. 또, 마이크로파에 의한 가열에서는, 열전대를 사용할 수 없기 때문에 온도 측정이 곤란하고, 피접합재의 온도를 정확하게 제어할 수 없기 때문에, 돌발적인 발열에 의한 피접합재의 손상의 우려나, 재현성이 있는 가열을 할 수 없다고 한 문제점을 가진다. 또, 상기 특허 문헌 2에는, 접합 강도의 기재가 없고, 상기 문제점을 고려하면, 접합 강도를 안정적으로 얻을 수 있었는지 의문이며, 접합체를 얻을 수 있었다고 해도, 그 강도는 아마 수 10㎫ 이하로, 측정치의 불균형의 큰 것이었다고 쉽게 추측된다.However, the bonding method described in Patent Document 2 is a special method in which application to beta alumina, which absorbs microwaves is large, is limited. As the structural ceramics, alpha-alumina is generally used, and since the absorption of the microwave is very small, heating by microwave is generally difficult. If it is desired to heat by microwave, it is necessary to add an impurity which absorbs microwaves well. However, in this case, the alumina bonding member becomes not high purity. In addition, since heating by microwave can not use a thermocouple, it is difficult to measure the temperature and the temperature of the material to be bonded can not be precisely controlled. Therefore, there is a fear of damaging the material to be bonded due to unexpected heat generation, It can not be done. In addition, in Patent Document 2, there is no description of bonding strength, and considering the above problems, it is doubtful whether the bonding strength can be stably obtained. Even if a bonded body can be obtained, It is easy to assume that the imbalance of the measured values was large.

또한, 상기 특허 문헌 2에 기재되어 있는 접합 방법에서는, 균일한 가열을 위해서 피접합재에 누름돌을 얹은 상태로 마이크로파 소결 장치 내에서 매분 10회전으로 회전시키는 것이 기록되어 있지만, 대형의 세라믹스 소결체를 마이크로파 소결 장치 내에서 같은 조건하에서 회전시키는 것은 기술적으로 어렵다. 이들 문제점으로부터, 이 수법은 고순도가 필요하게 되는 대형의 알루미나 소결체의 접합 방법으로서 현실적인 것은 아니다.Further, in the bonding method described in Patent Document 2, in order to uniformly heat, the material to be bonded is rolled at ten revolutions per minute in the microwave sintering apparatus in the state that the raised stone is placed thereon. However, the sintered body of large ceramics is sintered by microwave It is technically difficult to rotate under the same conditions in the apparatus. From these problems, this method is not practical as a method of joining a large-sized alumina sintered body which requires high purity.

이와 같이, 현재 상태로서는 고순도를 유지할 수 있는 치밀질 알루미나 소결체의 고강도인 접합 방법이 없기 때문에, 로터리 킬른용의 대형 세라믹스 파이프로서는, 대형 성형체를 일체 소성한 다공질인 세라믹스로 이루어진 파이프이거나, 치밀질인 소결체로 이루어진 파이프를 맞댄, 특수한 구조를 갖는 프레임 내에 수납하여 양단으로부터 압축 응력을 거는 것으로 기계적으로 연결한 대형 파이프라는 상품이 판매되고 있을 뿐이다. 그러나 전자의 경우, 기공율이 최대 25% 정도로 높고, 굴곡강도가 최대에서도 8㎫ 정도밖에 없기 때문에, 높은 응력에 견딜 수 없다는 문제가 있다. 또, 후자의 경우, 접합부에 단차가 있거나, 장치가 복잡하고 대규모가 된다는 문제가 있다.As the present state, there is no high-strength bonding method of a sintered compact of high-purity alumina capable of maintaining a high purity. Therefore, the large-sized ceramic pipe for a rotary kiln may be a pipe made of porous ceramics, A pipe made of a sintered body is merely sold as a large pipe which is housed in a frame having a special structure and mechanically connected by compressive stress from both ends. However, in the case of the former, there is a problem that the porosity is as high as about 25% and the bending strength is only about 8 MPa at the maximum, so that it can not withstand high stress. In the latter case, there is a problem that there is a step on the joint or that the apparatus is complicated and large-scale.

JPJP 2010-184482010-18448 AA JPH8-59358 AJPH8-59358A

본 발명은, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 된 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 높은 접합 강도와 뛰어난 내식성을 가지며, 접합부가 불순물을 포함하지 않도록 구성할 수 있음과 동시에, 피접합재의 피접합면의 평탄도에 대해 높은 허용도를 갖는 것으로 대형 부재에 매우 적합하게 적용할 수 있는 알루미나 접합체와 이들 알루미나 접합체로 이루어지며, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재 등으로서 매우 적합하게 이용되는 관 부재와 이들 알루미나 접합체를, 저하중하에서의 열처리에 의해 제작할 수 있는 알루미나 소결체의 접합 방법을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned technical problem, and it is an object of the present invention to provide a bonding material which has high bonding strength and excellent corrosion resistance, can be configured so that the bonding portion does not contain impurities, And a constituent member of a rotary kiln for use in the production of a positive electrode material for a lithium ion secondary battery, which comprises the alumina joined body and the alumina joined body which can be suitably applied to a large member having a high tolerance to flatness And a method of joining the alumina sintered body with the alumina sintered body which can be produced by heat treatment under reduced load.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한, 이하의 알루미나 접합체, 관 부재 및 알루미나 소결체의 접합 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, there is provided a method of joining the following alumina joined body, tubular member and alumina sintered body according to the present invention.

[1]알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체에 있어서, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어 형성된 알루미나 접합체.[1] An alumina bonded body in which alumina sintered bodies are bonded via a bonding portion, wherein the bonding portion is made of alumina having a thickness of 30 탆 or more, and the hole diameter in the thickness direction of the bonding portion is 40 to 100% And a dense sintered region having a relative density of 98% or more. The alumina bonded body according to claim 1,

[2]상기 알루미나 접합체로부터 상기 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하고, JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도가 200㎫ 이상이며, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도가 100㎫ 이상인 상기 1에 기재된 알루미나 접합체.[2] A bending strength at room temperature of 200 MPa or more as measured in accordance with JIS R1601 using a test piece cut from the alumina bonded body to include the abutment portion and a flexural strength at 1200 ° C measured in accordance with JIS R1604 Is 100 MPa or more.

[3][1]또는[2]에 기재된 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재에 있어서, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 관 부재.[3] A pipe member made of an alumina bonded body according to [1] or [2], wherein the dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more are bonded through the bonding portion.

[4]리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 이용되는[3]에 기재된 관 부재.[4] A pipe member according to [3], which is used as a constituent member of a rotary kiln used for manufacturing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

[5]알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법에 있어서, 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 이 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가한 알루미나 슬러리를 조제하고, 이 알루미나 슬러리를 상기 알루미나 소결체의 피접합면에 도포한 후, 피접합면들을 맞대어 피접합면사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체를 제작하고, 이 가접합체를, 상기 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상이 되도록 하중을 건 상태로, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도에서 대기 중에서 열처리함으로써 상기 접합부를 소결시키고, 상기 알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법.[5] A method for bonding an alumina sintered body to which alumina sintered bodies are bonded, comprising preparing an alumina slurry containing pure water added with a dispersant as a dispersion medium and adding only alumina particles having a purity of 99.8% After the slurry was applied to the bonded surface of the alumina sintered body, the bonded surfaces were brought into contact with each other to adjust the thickness of the bonded portion made of the alumina slurry to be sandwiched between the bonded surfaces to be 30 占 퐉 or more to prepare a bonded body , The bonded body is subjected to a heat treatment in the atmosphere at a temperature of from 1300 DEG C to 1700 DEG C under a load so that the surface pressure of the bonded surface is 0.015 MPa or more to sinter the bonded portion, A method of joining a sintered body.

[6]상기 알루미나 슬러리에 있어서의 알루미나 입자의 함유량이, 65 질량 %더욱 많고, 77.5 질량% 미만인[5]에 기재된 알루미나 소결체의 접합방법.[6] The method for bonding an alumina sintered body according to [5], wherein the content of alumina particles in the alumina slurry is 65 mass% or more and less than 77.5 mass%.

본 발명의 알루미나 접합체는, 후술하는 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법과 같이, 마이크로파에 의한 가열을 하지 않고, 대기 중에서 소결시키는 것으로 접합부를 형성할 수 있으므로, 접합부에, 마이크로파를 잘 흡수하는 불순물을 첨가할 필요가 없고, 피접합재인 알루미나 소결체뿐만 아니라, 이들을 접합하는 접합부에서도, 고순도의 알루미나에만 따라 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 알루미나 접합체는, 접합부 내에 잔류한 불순물에 의한 내식성이나 강도의 열화가 없고, 높은 접합 강도와 뛰어난 내식성을 발휘됨과 동시에, 불순물에 의한 오염의 우려도 없다. 이 때문에, 본 발명의 알루미나 접합체는, 각종 대형 구조 부재에 넓게 적용할 수 있고, 특히 불순물 원소의 혼입의 우려가 없는 고순도 재료로 구성되는 것이 요구되는 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 부재 등의 생산 용도로 이용되는 대형 부재로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미나 접합체는, 접합부의 두께가 30㎛ 이상인 것부터, 피접합재 단면(피접합면)의 평탄도가 수 10㎛라도 그 요철을 흡수할 수 있고, 이것에 의해, 피접합면의 가공 마무리에 대한 요구를 저하시킬 수 있다. 즉, 대형의 피접합재에 대한 고정밀도의 가공이 불필요해지기 때문에, 대형의 접합체라도 저비용으로 제작하는 것이 가능해진다. 또, 상기와 같이 두께에 여유를 갖게 한 접합부가 접합면의 요철을 흡수함으로써, 피접합면전면에서의 접합이 가능해져, 높은 접합 강도를 발휘한다. 또한, 상기와 같이, 접합부를 고순도의 알루미나에만 따라 형성하고, 유리 등의 불순물을 포함하지 않도록 할 수 있기 때문에, 1200℃의 고온 환경에서도 높은 접합 강도를 유지할 수 있어 내열성이 요구되는 용도로의 적용도 가능해진다.The alumina joined body of the present invention can form a bonded portion by sintering in air without heating by microwave, as in the bonding method of the alumina sintered body of the present invention described later. Therefore, It is not necessary to add the alumina sintered body to be bonded, and the alumina sintered body to be bonded, as well as the joint portion to which the alumina sintered body is bonded, can be constituted only by high purity alumina. Therefore, the alumina bonded body of the present invention exhibits high bonding strength and excellent corrosion resistance without deterioration of corrosion resistance and strength due to the impurities remaining in the joint, and there is no fear of contamination by impurities. Therefore, the alumina bonded body of the present invention can be widely applied to various large structural members, and is particularly useful for production of semiconductor manufacturing apparatuses and chemical plant members, which are required to be composed of a high-purity material free from the risk of incorporation of impurity elements And can be suitably used as a large member to be used. The alumina bonded body of the present invention can absorb the irregularities even if the flatness of the end surface (bonded surface) of the bonded material is several tens of micrometers because the thickness of the bonded portion is 30 占 퐉 or more, It may deteriorate the requirement for finishing the work. In other words, since it is not necessary to perform high-precision machining on a large-sized bonded material, even a large bonded body can be manufactured at low cost. In addition, as described above, the joining portion having a margin in the thickness absorbs the unevenness of the joining surface, so that joining at the entire surface to be joined can be performed, and high joining strength is exhibited. Further, as described above, since the bonding portion can be formed only with high purity alumina and can not contain impurities such as glass, the bonding strength can be maintained even at a high temperature environment of 1200 占 폚 and application to applications requiring heat resistance .

본 발명의 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체를, 그 대표적인 용도의 하나인 관 부재에 적용한 것이다. 이 관 부재는, 상기와 같이 본 발명의 알루미나 접합체의 효과를 발휘하기 때문에, 특히 고순도·고강도인 것이 요구되는 대형 구조 부재, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.The tubular member of the present invention is applied to a tubular member which is one of typical applications of the alumina joined body of the present invention. This tubular member exhibits the effect of the alumina joined body of the present invention as described above. Therefore, the tubular member can be used as a large structural member requiring particularly high purity and high strength, for example, a rotary member used for manufacturing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery It can be suitably used as a constituent member of a kiln.

본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에 의하면, 상기와 같은 뛰어난 효과를 갖는 본 발명의 알루미나 접합체를 제작할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법은, 피접합재인 알루미나 소결체를, 대기 중에서 저가중 하에서 열처리함으로써 접합할 수 있으므로, 대형의 접합체를 제작하는 경우라도, 대형의 핫 프레스로(hot press furnace) 등을 이용하지 않고, 통상의 대기로(air atmosphere furnace)에 의해 접합할 수 있다.According to the method for bonding an alumina sintered body of the present invention, the alumina bonded body of the present invention having the above-described excellent effects can be produced. The method of bonding an alumina sintered body of the present invention can bond a sintered alumina body to be bonded by heat treatment in an atmospheric air at low cost to a large hot press furnace, And can be joined by a common air atmosphere furnace.

도 1은 본 발명의 알루미나 접합체의 일례와 그 전구체인 가접합체의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 알루미나 접합체의 접합부의 단면의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 2의 알루미나 접합체의 접합부의 광학 현미경 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of an alumina joined body of the present invention and a schematic structure of a bonded body which is a precursor thereof.
2 is a SEM photograph of a cross section of a bonded portion of the alumina bonded body of the present invention.
3 is an optical microscope photograph of the junction of the alumina junction body of Comparative Example 2;

이하, 본 발명을 구체적인 실시 형태에 근거하여 설명하지만, 본 발명은, 이것에 한정되어 해석되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 당업자의 지식에 근거하여, 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.The present invention will now be described based on a specific embodiment, but the present invention is not construed as being limited hereto, and various modifications, corrections and modifications may be made without departing from the scope of the present invention, , And an improvement can be added.

본 발명의 알루미나 접합체는, 알루미나 소결체들이 접합부를 통해 접합된 것이며, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지고, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 형성되는 것을, 그 주요한 특징으로 한다.The alumina joined body of the present invention is characterized in that the alumina sintered bodies are bonded to each other through a joining portion and the joining portion is made of alumina having a thickness of 30 占 퐉 or more and the hole diameter in the thickness direction of the joining portion is 40 to 100% Length micro pores having a diameter of 5 mu m or less and a dense sintered region having a relative density of 98% or more.

도 1은, 본 발명의 세라믹스 접합체의 일례와 그 전구체인 가접합체의 개략 구성을 나타내는 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a ceramics bonded body of the present invention and a schematic structure of a bonded body which is a precursor thereof; FIG.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 세라믹스 접합체는 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에 따라 제작할 수 있다.The ceramics bonded body of the present invention having the above characteristics can be manufactured according to the method of bonding the alumina sintered body of the present invention.

본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에서는, 우선, 미량의 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 그 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가하고, 혼합·교반하여 알루미나 슬러리를 조제한다. 여기서, 고형분으로서 소결조제 등을 첨가하면, 접합 부내에 불순물이 잔류하여, 내식성의 악화나, 고온 강도의 열화, 불순물 원소에 의한 오염 등을 일으키게 되어 바람직하지 않다. 분산제로서는, 예를 들면, 폴리카르본산암모늄염 등을 사용할 수 있다. 또한, 순수한 물에 분산제를 첨가하지 않는 경우에는, 유동성이 있는 상태로 고농도에 알루미나 입자를 더욱 많이 첨가하는 것이 어렵고, 높은 접합 강도를 갖 접합부를 얻는 것이 어렵다.In the method of bonding an alumina sintered body of the present invention, pure water added with a small amount of a dispersant is used as a dispersion medium, and only alumina particles having a purity of 99.8% or more are added to the dispersion medium as solids and mixed and stirred to prepare an alumina slurry . Here, if a sintering auxiliary agent or the like is added as a solid component, impurities remain in the joint portion, which causes deterioration of corrosion resistance, deterioration of high-temperature strength, contamination by impurity elements, and the like. As the dispersant, for example, a polycarboxylic acid ammonium salt or the like can be used. Further, when a dispersant is not added to pure water, it is difficult to add alumina particles at a high concentration in a state of fluidity, and it is difficult to obtain a bonded portion having a high bonding strength.

알루미나 슬러리 중의 알루미나 입자의 함유량은, 65질량 %보다 많고, 77.5 질량% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량이 65질량% 이하이면, 알루미나 슬러리의 건조시에 수분의 증발에 의해서 접합부에 큰 공동이 형성되어 강도 저하를 일으키는 경우가 있다. 한편, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량이 80질량% 이상에서는, 알루미나 슬러리가 유동성의 부족한 것이 되어, 피접합면 전체에 균일하게 슬러리를 도포하지 못하고, 접합 얼룩이 발생하는 경우가 있다. 또, 77.5질량%에서는 균일하게 슬러리를 도포할 수 있지만, 도 3의 광학 현미경 사진에 나타낸 바와 같이 접합부와 피접합면과의 사이에 균열 (30)이 생겨 버려, 강도 저하를 일으키는 경우가 있으므로 바람직하지 않다. 이 균열 (30)의 형성 메카니즘은 분명하지 않지만, 도포 후에 슬러리 표면이 건조하여 막을 형성하고, 이것이 피접합면과 슬러리와의 밀착성을 저해하는 것이 한 요인으로서 생각할 수 있다.The content of alumina particles in the alumina slurry is preferably more than 65 mass% and less than 77.5 mass%. When the alumina content in the alumina slurry is 65% by mass or less, large voids are formed in the joint due to evaporation of water during drying of the alumina slurry, which may cause a decrease in strength. On the other hand, when the alumina content in the alumina slurry is 80% by mass or more, the alumina slurry becomes insufficient in fluidity, and the slurry can not be uniformly applied to the entire surface to be bonded, resulting in bonding unevenness. In addition, although the slurry can be applied uniformly at 77.5 mass%, as shown in the photograph of the optical microscope in Fig. 3, cracks 30 are generated between the joint portion and the surface to be bonded, I do not. The mechanism of formation of the crack 30 is not clear, but it can be considered as one factor that the surface of the slurry is dried after coating to form a film, which hinders adhesion between the surface to be bonded and the slurry.

이어서, 조제한 알루미나 슬러리를, 알루미나 소결체 (1a 및 1b)의 양쪽 모두의 피접합면, 또는, 다른 한쪽의 피접합면에 도포하고, 알루미나 소결체 (1a 및 1b)의 피접합면들을 맞대어 상기 피접합면 사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부(소결전의 접합부)(2)의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체 (1A)를 제작한다. 이 접합부의 두께가 30㎛ 미만에서는, 피접합면의 요철을 흡수하지 못하고 알루미나 소결체 (1a 및 1b)들이 접합되지 않을 우려가 있다. 또한, 접합부의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 접합부의 두께가 너무 두꺼우면, 경우에 따라서는, 접합부에 형성되는 조대 독립 기공의 사이즈가 너무 커져서, 접합 강도가 불충분이 될 가능성이 있으므로, 접합부의 두께는 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.Subsequently, the prepared alumina slurry is applied to both the bonded surfaces of the alumina sintered bodies 1a and 1b or the bonded surfaces of the other alumina sintered bodies 1a and 1b and the bonded surfaces of the alumina sintered bodies 1a and 1b are brought into contact with each other, (Bonding portion before sintering) 2 made of the above-mentioned alumina slurry interposed between the surfaces is adjusted to be 30 m or more to prepare a joined body 1A. If the thickness of the joint is less than 30 占 퐉, there is a possibility that the alumina sintered bodies 1a and 1b will not be bonded without absorbing irregularities on the bonded surfaces. Although the upper limit of the thickness of the joint portion is not particularly limited, if the thickness of the joint portion is excessively large, the size of the coarse independent pores formed in the joint portion becomes too large and the joint strength may become insufficient. It is preferable that the thickness is 100 mu m or less.

이어서, 제작한 가접합체 (1A)를 대기중에서 열처리한다. 이 열처리에 의해, 가접합체 (1A)의 접합부 (2)를 소결시키고, 소결 후의 접합부 (3)에 의해서 알루미나 소결체 (1a 및 1b)가 접합된 본 발명의 알루미나 접합체 (1B)를 얻는다. 이 열처리는, 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상, 바람직하게는 0.015∼0.030㎫가 되도록 하중을 건 상태로 실시한다. 열처리 때의 피접합면의 면압이, 0.015㎫ 미만의 경우, 접합부와 피접합면과의 사이에 수 100㎛에 이르는 균열이 생겨 접합 강도가 열화한다. 피접합면의 면압의 조정은, 예를 들면, 가접합체 (1A)를, 도 1과 같이 알루미나 소결체 (1A 및 1B)가 상하 방향이 되도록 배치하고, 가접합체 (1A)의 상부에, 소정의 질량의 누름돌을 얹는 것으로 실시할 수 있다. 누름돌로서는, 예를 들면 알루미나 소결체를 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 알루미나 소결체 1a가 그 자기 무게에만 따라, 피접합면에 0.015㎫ 이상의 면압을 일으키게 하는 것인 경우에는, 누름돌과 같은 외부로부터의 하중의 부하는 필요 없다. 예를 들면, 길이가 1m이 상당하는 알루미나 소결체의 직방체 또는 원통을 세로로 쌓아 올려 접합할 때에, 알루미나 소결체의 자기 무게로 생기는 피접합면의 면압은 0.04㎫ 정도이며, 이러한 대형 소결체의 접합에서는, 외부로부터 하중을 부하하지 않고 충분한 강도를 갖는 접합체를 얻을 수 있다. 또한, 이 정도의 저하중 하에서의 열처리는, 통상의 대기로를 이용하여 실시하는 것이 가능하다.Then, the prepared bonded body 1A is heat-treated in the atmosphere. By this heat treatment, the bonded portion 2 of the cemented carbide body 1A is sintered and the alumina bonded body 1B of the present invention in which the sintered alumina sintered bodies 1a and 1b are joined together by the bonded portion 3 after sintering is obtained. This heat treatment is carried out with the load applied so that the surface pressure of the surface to be bonded is 0.015 MPa or more, preferably 0.015 to 0.030 MPa. When the surface pressure of the surface to be bonded at the time of the heat treatment is less than 0.015 MPa, cracks of up to several hundreds of micrometers occur between the bonding portion and the surface to be bonded, and the bonding strength deteriorates. The surface pressure of the bonded surface can be adjusted by, for example, arranging the bonded body 1A such that the alumina sintered bodies 1A and 1B are vertically aligned as shown in FIG. 1, Can be carried out by putting a rolling stone of a mass. As the raised stone, for example, an alumina sintered body can be suitably used. Further, when the alumina sintered body 1a is caused to exert a surface pressure of 0.015 MPa or more on the surface to be bonded only on the basis of its own weight, there is no need to exert loads from the outside such as raised stones. For example, when a rectangular parallelepiped or cylinder of an alumina sintered body having a length of about 1 m is vertically stacked and bonded to each other, the surface pressure of a surface to be bonded which is generated by the magnetic weight of the alumina sintered body is about 0.04 MPa. It is possible to obtain a bonded body having sufficient strength without exerting a load from the outside. The heat treatment under such a reduction can be carried out by using an ordinary atmospheric furnace.

이 열처리는, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도로 실시한다. 열처리 온도가 1300℃ 미만에서는, 접합부의 알루미나 분체의 소결이 충분히 진행하지 않고, 접합부에 있어 충분한 접합 강도를 얻을 수 없다. 한편, 1700℃를 넘으면, 소결체의 알갱이 성장이 발생하여 모재의 기계적 성질의 열화가 생길 우려가 있다.This heat treatment is performed at a temperature of 1300 ° C or higher and 1700 ° C or lower. When the heat treatment temperature is less than 1300 ° C, sintering of the alumina powder at the joint does not proceed sufficiently and sufficient joint strength can not be obtained at the joint. On the other hand, if the temperature exceeds 1700 占 폚, the grain growth of the sintered body may occur and the mechanical properties of the base material may deteriorate.

피접합면의 면압이나, 열처리 온도를 상기와 같이 설정하고 열처리를 실시하면, 가접합체 (1A)의 알루미나 분체로 이루어진 접합부 (2)는, 그 일부의 영역에 있어 알루미나 분체의 소결에 수반하는 체적의 수축이 생겨 치밀화가 진행하지만, 피접합체인 알루미나 소결체 (1a 및 1b)는 수축을 하지 않기 때문에, 다른 영역에서는 치밀화가 진행되지 않고 미소결 영역이 되어 많은 미세 기공을 남긴다. 또한, 상기와 같이 치밀화한 영역의 수축에 의해, 다른 영역에 있어 접합부가 수평 방향으로 끌려가 접합 부내에 조대한 독립 기공이 형성된다. 그리고 이 열처리의 결과, 접합체 (1A)의 알루미나 분체로 이루어진 접합부 (2)는, 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공 (20c)과 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역 (20a)에서 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역 (20b)으로 형성되는 접합부 (3)가 되고, 이 접합부 (3)가 피접합재인 알루미나 소결체 (1a 및 1b)와 결합함으로써 본 발명의 알루미나 접합체(1B)가 얻어진다.When the surface pressure of the surface to be bonded and the heat treatment temperature are set as described above and heat treatment is performed, the bonding portion 2 made of the alumina powder of the joined body 1A has a volume (volume) due to sintering of the alumina powder And the densification progresses. However, since the alumina sintered bodies 1a and 1b to be bonded do not shrink, the densification does not proceed in other regions but becomes a microstructure area, leaving many fine pores. Further, due to the contraction of the densified area as described above, the joining portions are drawn in the horizontal direction in other regions, and coarse independent pores are formed in the joining portion. As a result of this heat treatment, the joint portion 2 made of the alumina powder of the joined body 1A has the coarse independent pores 20c having a hole diameter of 40 to 100% of the thickness of the joint portion in the thickness direction of the joint portion, The bonding portion 3 is formed as a dense sintered region 20b having a relative density of 98% or more in the untreated region 20a including micropores having a diameter of 5 占 퐉 or less. The bonding portion 3 is a sintered body of alumina (1B) of the present invention is obtained.

도 2는, 본 발명의 알루미나 접합체의 접합부의 단면의 SEM 사진이며, 이 사진보다, 접합부 (3)는 (1) 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공이 밀집한 미소결 영역 (20a), (2) 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역 (20b), 및, (3) 접합부 (3)의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 접합부 (3)의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공 (20c)으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또, 미소결 영역 (20a)과 소결 영역 (20b)에서, 접합부 (3)와 상하의 알루미나 소결체(피접합재)는 밀착하고 있고, 접합계면에 있어 균열 등은 관찰되지 않고, 접합부 (3)가 알루미나 소결체의 결합을 담당하고 있는 것을 알 수 있다.2 is an SEM photograph of a cross section of a bonded portion of the alumina bonded body of the present invention. In this photograph, the bonded portion 3 has (1) fine-grained areas 20a and 2 (3) a coarse pore having a hole diameter in the thickness direction of 40 to 100% of the thickness of the joint portion 3 20c, respectively. The bonding portion 3 and the upper and lower alumina sintered bodies (materials to be bonded) are in close contact with each other in the unhardened region 20a and the sintered region 20b and no cracks or the like are observed at the bonding interface. It is understood that the sintered body is responsible for the bonding.

또한, 접합부 (3)에 조대 독립 기공 (20c)이 몇 개 존재함으로써, 피접합면의 일부가 결합을 하고 있지 않은 미접합 영역을 안게 되지만, 이들 조대 독립 기공 (20c)은 서로 연결되지 않고 고립하여 존재하기 때문에, 큰 균열을 형성하는 데는 이르지 않고, 조대 독립 기공 (20c)의 존재에 의한 접합 강도의 열화는 크지 않다. 또, 열처리시에서, 접합부는 수평 방향 (접합부의 두께 방향에 대해서 수직인 방향)에의 수축이 허용되고 있는 것으로, 수직 방향 (접합부의 두께 방향)에는 크게 수축할 필요가 없기 때문에, 소결 영역 (20b)과 미소결 영역 (20a)에 있어서도, 접합부 (3) 내를 수평 방향으로 횡단하는 날카로운 균열의 생성이 억제되어 접합 강도를 크게 해치는 것이 없다.In addition, a plurality of coarse independent pores 20c are present in the joint portion 3, so that a part of the surfaces to be bonded does not have an unbonded region where they are not bonded. However, these coarse independent pores 20c are not connected to each other Therefore, the formation of large cracks does not occur, and the deterioration of the joint strength due to the presence of the coarse independent pores 20c is not large. In the heat treatment, the joining portion is allowed to shrink in the horizontal direction (direction perpendicular to the thickness direction of the joining portion). Since it is not necessary to largely contract in the vertical direction (thickness direction of the joining portion), the sintering region 20b ) And the uncontaminated region 20a, generation of sharp cracks in the joining portion 3 in the horizontal direction is suppressed, and the bonding strength is not greatly deteriorated.

이 결과, 본 발명의 알루미나 접합체는, 높은 강도를 발현한다. 구체적으로는, 본 발명의 알루미나 접합체로부터 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하여 JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도로서 200㎫ 이상의 강도를 발현할 수 있다. 또, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도로서 100㎫ 이상의 강도를 발현할 수 있다.As a result, the alumina bonded body of the present invention exhibits high strength. Specifically, the strength of not less than 200 MPa can be exhibited as the bending strength at room temperature measured in accordance with JIS R1601 by using a test piece cut from the alumina joined body of the present invention including the joint portion. Further, the flexural strength in air at 1200 DEG C measured in accordance with JIS R1604 can exhibit a strength of 100 MPa or more.

본 발명의 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재이며, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 것이다. 이 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체를, 그 대표적인 용도의 하나인 관 부재에 적용한 것이다. 이 관 부재는, 피접합재인 알루미나 소결체로서 상대 밀도가 95% 이상이라는 치밀질의 것을 사용하고 있고, 또, 상기와 같은 본 발명의 알루미나 접합체의 효과를 발휘하기 때문에 특히 고순도·고강도인 것이 요구되는 대형 구조 부재, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.The tubular member of the present invention is a tubular member made of the alumina joined body of the present invention, and has a bonded structure in which dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more are bonded through the above-mentioned bonded portion. This tubular member is applied to the tubular member which is one of typical applications of the alumina joined body of the present invention. This tubular member is made of alumina sintered body to be bonded and has a relative density of not less than 95%. In addition, since the alumina bonded body of the present invention exhibits the effect as described above, It can be suitably used as a structural member, for example, as a constituent member of a rotary kiln used for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량의 검토) (Examination of alumina content in alumina slurry)

알루미나 순도가 99.5% 이상으로, 상대 밀도가 99.0% 이상인 시판의 알루미나 소결체를 20㎜×16㎜×5㎜으로 가공하여, 20㎜×16㎜면을 #200번의 연삭 숫돌로 연삭한 시험편을 몇 개 준비하였다. 순수한 물에, 분산제로서 폴리아크릴산 암모늄염을 주성분으로 하는 나카교 유지사 제조의 셀나 D305 (상품명)를, 질량비로 17:1이 되도록 첨가하여, 잘 교반하여 분산매를 제작하였다. 이 분산매에 대해서, 순도가 99.8% 이상이고, 평균 입자 지름이 600㎚인 알루미나 입자를, 함유량이 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 65.0 질량%, 69.5질량%, 74.5질량%, 77.5질량%, 80.0질량%가 되도록 첨가하여 교반하고, 분산매 중에 알루미나 입자가 분산 혼합한 슬러리를 얻었다. 또한, 이러한 슬러리를 진공 펌프를 이용하여 약 2분간 진공탈기하고, 슬러리 중의 기포의 제거를 하였다. 이와 같이 하여, 알루미나 입자의 함유량이 다른 5종의 알루미나 슬러리를 조제하였다.A commercially available alumina sintered body having an alumina purity of 99.5% or more and a relative density of 99.0% or more was processed to 20 mm x 16 mm x 5 mm, and a test piece obtained by grinding a 20 mm x 16 mm surface with # 200 abrasive wheels Prepared. A cell and D305 (trade name) manufactured by Nakagyo Kyoeisha Kogyo Co., Ltd., having a polyacrylic acid ammonium salt as a main component as a dispersant, were added to pure water so as to have a mass ratio of 17: 1 and stirred well to prepare a dispersion medium. With respect to this dispersion medium, alumina particles having a purity of 99.8% or more and an average particle diameter of 600 nm were dispersed in an aqueous solution containing 65.0 mass%, 69.5 mass%, 74.5 mass%, 77.5 mass% and 80.0 mass %, And the mixture was stirred to obtain a slurry in which alumina particles were dispersed and mixed in a dispersion medium. Further, this slurry was vacuum degassed by using a vacuum pump for about 2 minutes to remove bubbles in the slurry. Thus, five kinds of alumina slurries having different contents of alumina particles were prepared.

이어서, 상기 시험편을 2매 1조로 하고, 또한 시험편의 20㎜×16㎜면의 전면에, 상기 알루미나 슬러리를 도포하고 나서, 다른 쪽 시험편의 20㎜×16㎜면을 십자가 되도록 맞추었다. 여기서, 2장의 시험편의 틈새가 대략 90㎛가 되도록 조정하고, 이전에 알루미나 슬러리를 충전하고, 하룻밤 건조시켜 가접합체를 얻었다. 또한, 알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량이 80 질량%의 것은, 유동성이 충분하지 않고 시험편에 도포를 충분히 할 수 없었기 때문에 가접합체의 제작을 할 수 없었다.Subsequently, the alumina slurry was applied to the entire surface of the 20 mm x 16 mm surface of the test piece, and then the 20 mm x 16 mm side of the other test piece was set in a cross. Here, the clearance between the two test pieces was adjusted to be about 90 占 퐉, and the alumina slurry was previously filled and dried overnight to obtain a joined body. Further, when the alumina slurry had an alumina content of 80% by mass, fluidity was not sufficient and the application to the test piece could not be sufficiently performed, so that a bonded assembly could not be produced.

이러한 가접합체를 대기로로 옮겨, 피접합면의 면압이 0.03㎫가 되도록 가접합체의 상부에 알루미나 소결체의 누름돌을 얹고, 1650℃에서 2시간 소성하여, 알루미나 접합체를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 알루미나 접합체로부터, 3 ㎜×2㎜×10㎜의 막대 모양 시험편을 제작하고, 하부 스팬을 8㎜로 한 3점 소성 시험에 의해 굴곡강도를 각 3∼4개 측정하여 평균값을 산출하였다. 그 결과를 표 1에 나타냄과 함께, 상기 결과에 근거하여 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량의 효과에 대해 검토하였다.The bonded assembly was transferred to an atmospheric furnace and calcined at 1650 DEG C for 2 hours with the raised surface of the alumina sintered body placed on the upper side of the bonded body so that the surface pressure of the bonded surface was 0.03 MPa, thereby producing an alumina bonded body. A rod-like test piece having a size of 3 mm x 2 mm x 10 mm was produced from the alumina bonded body thus obtained, and a three-point firing test with a lower span of 8 mm was performed to measure the flexural strength of each of 3 to 4, Respectively. The results are shown in Table 1, and the effect of the alumina content in the alumina slurry was examined based on the above results.

Figure 112013083242197-pct00001
Figure 112013083242197-pct00001

(검토 결과) (Review the results)

알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 65.0질량%로 한 비교예 1에서는, 알루미나 슬러리가 건조할 때의 수분의 증발량이 크고, 접합부내에 큰 공동이 형성되어 버려, 접합 강도의 열화가 분명하였다. 한편, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 80.0질량%로 한 비교예 3에서는, 상술한 바와 같이 슬러리의 유동성이 충분하지 않고, 접합부의 두께를 제어하지 못하여 가접합체의 제작을 할 수 없었다. 이것에 대해, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 각각 69.5질량%와 74.5 질량%로 한 실시예 1과 2에서는, 거의 200㎫ 정도의 굴곡강도를 갖는 알루미나 접합체를 제작할 수 있었다. 그러나 알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 77.5 질량%로 한 비교예 2에서는, 가접합체의 제작 및, 소결에 의해 접합체의 제작은 할 수 있었지만, 도 3에 나타낸 바와 같이 접합계면에 균열 (30)을 일으켜 굴곡강도는 120㎫ 정도 밖에 얻을 수 없었다. 이들 결과로부터, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량은, 65.0질량%보다 크고, 77.5질량% 미만인 것이 매우 적합하다라고 하는 것을 알 수 있다.In Comparative Example 1 in which the alumina content in the alumina slurry was 65.0 mass%, the evaporation amount of water at the time of drying the alumina slurry was large and a large cavity was formed in the joint portion, and the deterioration of the joint strength was apparent. On the other hand, in Comparative Example 3 in which the alumina content in the alumina slurry was 80.0% by mass, the fluidity of the slurry was not sufficient and the thickness of the bonded portion could not be controlled as described above. On the other hand, in Examples 1 and 2 in which the alumina content in the alumina slurry was set to 69.5 mass% and 74.5 mass%, respectively, an alumina bonded body having a flexural strength of about 200 MPa could be produced. However, in Comparative Example 2 in which the alumina content in the alumina slurry was 77.5 mass%, it was possible to produce a bonded body by the production of a bonded body and sintering. However, as shown in Fig. 3, The bending strength was only about 120 MPa. From these results, it can be seen that the alumina content in the alumina slurry is more than 65.0 mass% and less than 77.5 mass% is very suitable.

(접합부의 두께의 검토) (Examination of thickness of joint)

알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 74.5질량%로 고정하고, 가접합체의 접합부의 두께를 각각 60㎛, 40㎛, 36㎛로 한 것 이외는 상기와 동일하게 하여 알루미나 접합체를 제작하여 3점 굴곡강도의 평균치를 산출하였다. 그 결과를, 상기 실시예 2 (접합부의 두께 90㎛의 것)의 결과와 함께 표 2에 나타냄과 동시에, 상기 결과에 근거하여 접합부의 두께의 효과에 대해 검토하였다.An alumina bonded body was produced in the same manner as described above except that the alumina content in the alumina slurry was fixed at 74.5 mass% and the thickness of the joined portions of the bonded bodies was 60 占 퐉, 40 占 퐉 and 36 占 퐉, respectively, And an average value was calculated. The results are shown in Table 2 together with the results of Example 2 (having a thickness of the bonding portion of 90 占 퐉), and the effect of the thickness of the bonding portion was examined based on the above results.

Figure 112013083242197-pct00002
Figure 112013083242197-pct00002

(검토 결과) (Review the results)

접합부의 두께가 30∼90㎛의 범위에 있는 실시예 2∼5 중 어느 하나의 알루미나 접합체에서도, 200㎫ 이상의 충분한 굴곡강도를 얻을 수 있었다. 또한, 접합부의 두께가 30㎛ 미만이 되면 알루미나 소결체의 피접합면의 요철에 충분히 대응할 수 없다고 생각되었으므로, 여기에서는 접합부의 두께가 30㎛ 미만의 알루미나 접합체의 제작을 하지 않았다.Sufficient bending strength of 200 MPa or more was obtained even in the alumina bonded bodies of any of Examples 2 to 5 in which the thickness of the bonded portion was in the range of 30 to 90 탆. Further, when the thickness of the joint portion is less than 30 mu m, it is considered that it can not sufficiently cope with the unevenness of the surface to be bonded of the alumina sintered body. Therefore, no alumina joined body having a thickness of the joint portion of less than 30 mu m is produced here.

(소결시의 피접합면의 면압의 검토) (Examination of surface pressure on the surface to be bonded at the time of sintering)

알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 74.5질량%로 고정하여, 접합부의 두께를 90㎛로 한 가접합체를 제작하였다. 이러한 가접합체에, 각각 피접합면의 면압이 0.015㎫, 0.008㎫, 0㎫(자기 무게만)이 되도록, 알루미나 소결체의 누름돌을 얹은 것 이외는 상기와 동일하게 하여 알루미나 접합체를 제작하고, 3점 굴곡강도의 평균값을 산출하였다. 그 결과를, 상기 실시예 2 (피접합면의 면압이 0.03㎫의 것)의 결과와 함께 모두 표 3에 나타냄과 동시에, 상기 결과에 근거하여 소결시의 피접합면의 면압의 효과에 대해 검토하였다.The alumina content in the alumina slurry was fixed at 74.5% by mass to prepare a bonded assembly having a thickness of the bonded portion of 90 占 퐉. An alumina bonded body was produced in the same manner as described above except that the pressed bodies of the alumina sintered bodies were placed on each of the bonded bodies so that the surface pressures of the bonded surfaces were 0.015 MPa, 0.008 MPa, and 0 MPa (magnetic weight only) And the average value of the flexural strength was calculated. The results are shown in Table 3 together with the results of Example 2 (the surface pressure of the surface to be bonded being 0.03 MPa) and the effect of surface pressure on the surface to be bonded at the time of sintering Respectively.

Figure 112013083242197-pct00003
Figure 112013083242197-pct00003

(검토 결과) (Review the results)

소결시의 피접합면의 면압을 0.015㎫ 이상으로 한 실시예 2와 6에서는, 200㎫ 이상의 충분한 굴곡강도를 얻을 수 있었다. 한편, 소결시의 피접합면의 면압을 0.008㎫ 이하로 한 비교예 4와 5에서는, 굴곡강도는 200㎫에 도달하지 않았다. 이것으로부터, 소결시에 0.015㎫ 이상의 면압을 피접합면에 부하하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다. 또한, 높이가 1m 이상 있는 알루미나 소결체의 접합에서, 자기 무게에 의해 얻어지는 피접합면의 면압은, 0.04㎫ 정도라고 추측되므로, 그러한 대형 소결체의 접합에서는, 외부로부터 하중을 부하하지 않고 충분한 강도를 갖는 알루미나 접합체를 얻을 수 있다는 것을 알았다.Sufficient flexural strength of 200 MPa or more was obtained in Examples 2 and 6 in which the surface pressure of the bonded surface during sintering was 0.015 MPa or more. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5 in which the surface pressure of the bonded surface during sintering was 0.008 MPa or less, the flexural strength did not reach 200 MPa. From this, it can be seen that it is necessary to load the surface to be bonded with a surface pressure of 0.015 MPa or more at the time of sintering. Further, in the joining of the alumina sintered body having a height of 1 m or more, it is estimated that the surface pressure of the bonded surface obtained by magnetic weight is about 0.04 MPa. Therefore, in joining of such a large sintered body, Alumina bonded body can be obtained.

(보다 큰 알루미나 소결체의 접합) (Bonding of a larger alumina sintered body)

상기 검토 결과를 근거하여 실시예 2를 참고로서 보다 큰 알루미나 소결체 (블록)를 피접합재에 이용하여 알루미나 접합체를 제작하고, 실온과 1200℃ 대기 중에서의 4점 굽기 시험을 실시하였다. 구체적으로는, 우선, 알루미나 순도가 99.5% 이상으로, 상대 밀도가 99.0% 이상인 시판의 알루미나 소결체를 40㎜×13㎜×20㎜로 가공하고, 40㎜×13㎜면을 #200번의 연삭숫돌로 연삭한 시험편을 몇 개 준비하였다. 순수한 물에, 분산제로서 폴리 아크릴산 암모늄염을 주성분으로 하는 나카교 유지사 제의 셀나 D305(상품명)를, 질량비로 17:1이 되도록 첨가하고, 잘 교반하여 분산매를 제작하였다. 이 분산매에 대해서, 순도가 99.8% 이상으로, 평균 입자 지름이 600㎚인 알루미나 입자를, 함유량이 74.5질량%가 되도록 첨가하여 교반하고, 분산매 중에 알루미나 입자가 분산 혼합한 슬러리를 얻었다. 또한, 이 슬러리를 진공 펌프를 이용해 약 2분간 진공탈기하고, 슬러리 중의 기포의 제거를 하였다. 이와 같이 하여, 알루미나 입자의 함유량이 74.5질량%의 알루미나 슬러리를 조제하였다.On the basis of the above examination results, a larger alumina sintered body (block) was used for the bonded material to prepare an alumina bonded body, and a four-point baking test was performed at room temperature and 1200 캜 in the atmosphere. Specifically, a commercial alumina sintered body having an alumina purity of 99.5% or more and a relative density of 99.0% or more was first processed to 40 mm x 13 mm x 20 mm, and a 40 mm x 13 mm surface was machined with # 200 abrasive grindstone Several grinded specimens were prepared. A cell or D305 (trade name) made by Nakagyo Co., Ltd., which mainly contains an ammonium polyacrylate salt as a dispersant, was added to pure water so that the mass ratio was 17: 1, and the mixture was well stirred to prepare a dispersion medium. With respect to this dispersion medium, alumina particles having a purity of 99.8% or more and an average particle diameter of 600 nm were added so as to have a content of 74.5% by mass and stirred to obtain a slurry in which alumina particles were dispersed and mixed in a dispersion medium. The slurry was vacuum degassed for about 2 minutes by using a vacuum pump to remove bubbles in the slurry. Thus, an alumina slurry having a content of alumina particles of 74.5% by mass was prepared.

이어서, 상기 시험편을 2매 1조로 하고, 한쪽 시험편의 40㎜×13㎜면의 전면에, 상기 알루미나 슬러리를 도포하고 나서, 다른 쪽의 시험편의 40㎜×13㎜면을 맞추었다. 여기서, 2매의 시험편의 틈새가 대략 90㎛가 되도록 조정하고, 이전에 알루미나 슬러리를 충전하여 하룻밤 건조시켜 40㎜×13㎜×40㎜의 가접합체를 얻었다.Subsequently, the alumina slurry was applied to the entire surface of one 40 mm x 13 mm surface of one test piece, and then the 40 mm x 13 mm surface of the other test piece was matched. Here, the clearance between the two test pieces was adjusted to be approximately 90 占 퐉, and the alumina slurry was previously filled and dried overnight to obtain a bonded structure of 40 mm x 13 mm x 40 mm.

이 가접합체를 대기로로 옮겨, 피접합면의 면압이 0.03㎫가 되도록 가접합체의 상부에 알루미나 소결체의 누름돌을 얹고, 1650℃에서 2시간 소성하여, 알루미나 접합체를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 알루미나 접합체로부터, JIS R1601에 준한 3㎜×4㎜×40㎜의 막대 모양 시험편을 제작하고, 하부 스팬 (span)을 30㎜, 상부 스팬을 10㎜로 한 4점 굽기 시험을 실시하였다. 측정에 이용한 막대 모양 시험편의 수는, 실온 굽기 시험에서는 5개로 하고, 1200℃ 대기중의 고온 굽기 시험에 대해서는 4개로 하고, 각각 평균치를 산출하였다. 이와 같이 하여, JIS R1601의 표준 시험편을 이용한 실온과 1200℃ 대기중에서의 4점 굴곡강도의 산출 결과를 표 4에 나타낸다.The bonded body was transferred to an atmospheric furnace, and a rolling stone of an alumina sintered body was placed on the upper side of the bonded body so that the surface pressure of the bonded surface was 0.03 MPa, and fired at 1650 DEG C for 2 hours to prepare an alumina bonded body. A rod-shaped test piece of 3 mm x 4 mm x 40 mm in accordance with JIS R1601 was prepared from the thus obtained alumina joined body and subjected to a four-point baking test with a lower span of 30 mm and an upper span of 10 mm Respectively. The number of rod-shaped test pieces used for the measurement was set to five in the room temperature baking test and to four in the high temperature baking test in the air at 1200 캜, and the average value was calculated. Table 4 shows the calculation results of the four-point flexural strength at room temperature and 1200 占 폚 in air using a standard test piece of JIS R1601.

Figure 112013083242197-pct00004
Figure 112013083242197-pct00004

표 4에 나타낸 바와 같이, 상기와 같이 제작한 실시예 7의 실온으로의 평균 굴곡강도는, 표 1에 나타낸 실시예 2의 평균 굴곡강도와 동일한 정도의 높은 값이 되었다. 이것으로부터, 시험편 사이즈가 증대하여도 재현성 좋게 고강도를 발현할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 시험편 사이즈와 강도와의 관계에 대해 논한 세라믹스의 강도 이론에 의하면, 일반적으로, 시험편 사이즈의 증대와 함께 강도가 저하하는 것이 알려져 있다. 이것은, 강도를 다루는 큰 균열 결함의 존재하는 확률이, 작은 시험편보다 큰 시험편이 높아지기 때문이다. 그러나 본 실시예에서는, 강도를 다룬다고 생각할 수 있는 조대 결함은, 접합부 내에 주로 존재한다고 생각되며, 실시예 2와 7에서는, 접합부의 두께가 같기 때문에, 조대 결함이 존재한다고 생각되는 부위의 체적은 크게 다르지 않고, 그 결과, 시험편 사이즈에 관계없이 거의 동등의 높은 강도를 얻을 수 있는 것이라고 생각된다.As shown in Table 4, the average flexural strength at room temperature of Example 7 produced as described above was as high as the average flexural strength of Example 2 shown in Table 1. From this, it was found that even if the size of the test piece increases, high strength can be exhibited with good reproducibility. According to the theory of strength of ceramics that discusses the relationship between the size of a test piece and its strength, it is generally known that the strength decreases with an increase in the size of the test piece. This is because the probability of presence of large crack defects handling strength is higher for larger specimens than smaller test specimens. However, in this embodiment, it is considered that the coarse defect, which can be considered to deal with the strength, is mainly present in the joint portion. In Examples 2 and 7, the thickness of the joint portion is the same, As a result, it is considered that almost the same high strength can be obtained irrespective of the size of the test piece.

또한, 실시예 7은, 1200℃ 대기중에서의 평균 굴곡강도도 157㎫로 높은 값이 되었다. 이것은, 접합부가 순수한 알루미나질 소결체로부터 이루어져, 유리상 등의 고온 강도를 열화시키는 물질을 함유하지 않기 때문이라고 생각할 수 있다.In Example 7, the average flexural strength in the atmosphere at 1200 캜 was as high as 157 MPa. It can be considered that this is because the joint is made of a pure alumina sintered body and does not contain a substance which deteriorates the high-temperature strength such as a glass phase.

(산업상의 이용 가능성)(Industrial availability)

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은, 알루미나 접합체, 및 알루미나 물체의 접합 방법과 관련되는 것이며, 본 발명에 의해, 접합부를 포함하도록 자른 시험편의 실온으로의 굴곡강도가 200㎫ 이상으로, 1200℃ 대기중의 굴곡강도가 100㎫ 이상의 고순도 알루미나질로 이루어진 접합체를 제공할 수 있다. 본 발명의 접합 방법을 이용하는 것으로, 피접합면에 높은 평탄도를 요구하지 않고 대형 알루미나 소결체들을 접합할 수 있고, 또, 접합부의 구성물질이 고순도 알루미나뿐인 것부터, 상기 접합체를 각종 제조 장치의 구성 부재에 이용했을 때에 불순물 원소에 의한 오염을 막을 수 있어 동시에, 고온으로의 강도의 열화를 막을 수 있다. 이러한 특징에 의해, 본 발명은, 내식성과 내열성이 요구되는 대형 제조 장치 부재에 이용되는 고강도 한편 고순도의 알루미나 접합체와 그것을 제작하기 위한 알루미나 소결체의 접합 방법을 제공하는 것으로서 유용하다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention relates to an alumina bonded body and a method of bonding an alumina body. According to the present invention, a bending strength to room temperature of a test piece cut to include a bonded portion is 200 MPa or more, It is possible to provide a bonded body made of high purity alumina having a flexural strength of 100 MPa or more. By using the bonding method of the present invention, it is possible to bond large-sized alumina sintered bodies without requiring a high degree of flatness on the bonded surface, and since the material constituting the bonded portion is only high purity alumina, It is possible to prevent the contamination by the impurity element and to prevent the deterioration of the strength at high temperature. According to this aspect, the present invention is useful as a method for bonding an alumina bonded body of high strength and high purity, which is used in a large-sized manufacturing apparatus member requiring corrosion resistance and heat resistance, and an alumina sintered body for producing the same.

1A:가접합체 1B:알루미나 접합체
1a, 1 b:알루미나 소결체 2:접합부(소결전)
3: 접합부(소결 후) 20a:미소결 영역
20b:소결 영역 20c:조대 독립 기공
30:균열
1A: bonded body 1B: alumina bonded body
1a, 1b: alumina sintered body 2: bonding portion (before sintering)
3: bonding portion (after sintering) 20a:
20b: sintered region 20c:
30: Crack

Claims (6)

알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체에 있어서, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어 형성된 알루미나 접합체.Wherein the alumina sintered bodies are bonded to each other through a bonding portion, wherein the bonding portion is made of alumina having a thickness of 30 占 퐉 or more, and the hole diameter in the thickness direction of the bonding portion is 40 to 100% coarse independent pores, fine-grained regions containing fine pores having a pore diameter of 5 탆 or less, and dense sintered regions having a relative density of 98% or more. 청구항 1에 있어서,
상기 알루미나 접합체로부터 상기 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하고, JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도가 200㎫ 이상이며, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도가 100㎫ 이상인 알루미나 접합체.
The method according to claim 1,
The bending strength at room temperature measured in accordance with JIS R1601 is 200 MPa or more and the bending strength in air at 1200 DEG C measured in accordance with JIS R1604 is 100 MPa Lt; / RTI >
청구항 1 또는 2에 기재된 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재에 있어서, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 관 부재.A pipe member made of the alumina bonded body according to claim 1 or 2, wherein the dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more are bonded to each other through the joining portion. 청구항 3에 있어서,
리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 이용되는 관 부재.
The method of claim 3,
A pipe member used as a constituent member of a rotary kiln used for manufacturing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.
알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법에 있어서, 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 이 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가한 알루미나 슬러리이며, 상기 알루미나 슬러리에 있어서의 알루미나 입자의 함유량이, 65 질량% 보다 많고, 77.5 질량% 미만으로 조제하고, 이 알루미나 슬러리를 상기 알루미나 소결체의 피접합면에 도포한 후, 피접합면들을 맞대어 피접합면사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체를 제작하고, 이 가접합체를, 상기 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상이 되도록 하중을 건 상태로, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도에서 대기중에서 열처리함으로써 상기 접합부를 소결시키고, 상기 알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합 방법.A method of bonding an alumina sintered body to which alumina sintered bodies are bonded is characterized in that pure water added with a dispersant is used as a dispersion medium and only alumina particles having a purity of 99.8% or more as solids are added to the dispersion medium. In the alumina slurry, Wherein the alumina slurry is applied to the surface to be bonded of the alumina sintered body and then the alumina slurry is sandwiched between the surfaces to be bonded with the surfaces to be bonded, The bonded body is heated at a temperature of 1300 ° C to 1700 ° C under a load so that the surface pressure of the bonded surface becomes 0.015 MPa or more, The sintered portion is sintered by heat treatment in air, The bonding method of the alumina sintered body for bonding the body. 삭제delete
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